立体仓储单元控制.docx

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立体仓储单元控制

课程设计说明书

（2010/2011学年第一学期）

课程名称：

可编程序控制器课程设计

题目：

立体仓储单元控制

专业班级：

电气工程及其自动化0702班

********

学号：

*********

指导教师：

路巍、霍振宇

设计周数：

2周

设计成绩：

2011年01月12日

一、课程设计目的

　　立体仓储又称自动化立体仓库、高层货架仓库等AS/RS。

一般是指用货架--托盘系统储存单元化的货物，采用电子计算机人工控制的巷道式起重设备取送货物的一种新型仓库。

自动化立体仓库主要用于家电、IT、机械、冶金、化工、航空航天、电子、医药、化妆品、食品加工、烟草、印刷、配送中心、机场、港口等几乎所有行业，对于提高仓储自动化水平具有重要的作用，表现在：

一、自动化立体仓库管理与控制系统不仅含有对底层自动化设备的控制和管理，而且针对某一具体的自动化仓库的基本数据管理系统。

降低了工人的劳动强度，提高了物流工作的效率。

二、自动化立体仓库管理与控制系统是比较独立的一个子系统，可以实现对立体库所有出入库作业进行最佳分配及登录控制，并对数据进行统计分析，以便对物流实现宏观调控，最大限度地降底库存量及资金的占用，加速资金周转。

三、自动化仓库管理与控制系统对一具体仓库中的材料、货位等基本信息进行管理，优化了仓库存储的效率，管理材料的在库情况并控制仓库中的自动化设备，实现仓库中材料的自动出入库操作和存储操作。

四、自动化立体仓库可以有效的利用空间。

分离式仓库其高度受结构厂房的限制，一般不能过高。

1.1系统简介

　　自动化立体仓库是现代物流系统中迅速发展的一个重要组成部分,它具有节约用地、减轻劳动强度、消除差错、提高仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的积压、提高物流效率等诸多优点。

自动化所围绕自动化仓储系统开发了多种自动化系统硬件设备及软件产品,如:

不同类型的库存管理软件、系统仿真软件、图形监控及调度软件、堆垛机输送机控制软件、条形码识别跟踪系统、搬运机器人、码垛机械手、自动运行小车、货物分选系统、堆垛机认址检测系统、堆垛机控制系统、货位探测器、高度检测器、输送系统、码垛系统、自动输送小车等产品。

1.2立体仓储单元动作过程

接到第4站的取空料盘信号后，叉车根据来料种类将该类库位的空盘取出并放置在装料位,等待第7站将来料装入料盘中,当第7站完成放料的工作后,叉车将料盘放入相应料仓位。

叉车返回原位,为下次动作做准备，同时在仓库未满的情况下，触发第1站的动作。

二、设计正文

2.1主要技术性能

2.1.1控制系统

　　采用现场控制总线直接通讯的方式，真正做到计算机只监不控，所有的决策、作业调度和现场信息等均由堆垛机、出入库输送机等现场设备通过相互间的通讯来协调完成。

每个货位的托盘号分别记录在堆垛机和计算机的数据库里，管理员可利用对比功能来比较计算机的记录和堆垛机里的记录，并进行修改，修改可自动完成和手动完成。

系统软、硬件功能齐全，用户界面清晰，便于操作维护。

在此我们采用西门子S7-200系列PLC。

智能的控制系统，可以实现真正的自动盘库功能，监控管理系统包括数据管理、入库管理、出库管理、查询、报表、单据与盘库、报警、监控与动画等模块

　图2  立体仓库控制系统的软件结构框图

三、系统整体动作流程图（见附录一）

四、步进电机驱动器

本驱动器的输入信号共有3路，分别是:

步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR、脱机信号FREE。

它们在驱动器内部分别通过限流电阻接入负输入端，且电路形式完全相同。

OPTO端为3路信号的公共正端（3路光耦的正端输入），3路输入信号在驱动器内部接成共阳方式，所以OPTO端须接外部系统的VCC，如果VCC是+5V则可以直接接入;如果VCC不是+5V则需外部另加限流电阻R，保证给驱动器内部光耦提供8-15mA的驱动电流。

五、机械手的工作原理

机械手的伸缩、升降、转盘、抓手的运动是由步进电机驱动器来控制的，其步进电机驱动器的输入脉冲和电平信号是由PLC上的NC111模块来提供的。

5.1步进脉冲信号CP

步进脉冲信号CP用于控制步进电机的位置和速度，也就是说,驱动器每接受一个CP脉冲就驱动步进电机旋转一个步距角，改变CP脉冲的频率,能改变步进电机的转速，控制CP脉冲的个数，则可以使步进电机精确定位。

这样就可以很方便的达到步进电机调速和定位的目的，本驱动器的CP信号为低电平有效，要求CP信号的驱动电流为8-15mA，对CP的脉冲宽度也有一定的要求，一般不小于5μS。

5.2方向信号DIR

方向电平信号DIR用于控制步进电机的旋转方向。

此信号为高电平时，电机正转;为低电平时，电机反转。

电机要转向，必须在电机停止以后进行。

5.3脱机电平信号FREE

当驱动器上电以后，步进电机处于锁定状态（未施加CP脉冲时）或运行状态（施加CP脉冲时），可以用FREE信号,手动调整电机而不关闭驱动器。

六、PLC模块的工作原理

6.1性能指标

每个单元可以控制一个轴;

输出控制脉冲:

-8388607～+8388606;

脉冲速率:

1～99990个/s;

脉冲速率得变化:

控制系统可实现阶梯式自动加减速,加速度为每毫秒1～999每秒脉冲;

原点搜索:

可监测原点或原点信号;也可进行原点补偿0～9999个脉冲;也可高速或接近现有速度搜索原点;

间隙补偿:

0～9999个脉冲;

手动操作:

可高速点动，低速点动和微动;

多点定位：

可一次定位20点，以15种速度变化。

6.2系统配置

图3I/O接线图

位控单元有自己的微处理器和存储器，还有脉冲发生器和I/O接口。

位控单元既可以被PC主CPU单元控制，也可以直接由控制台的外部输入信号控制。

一方面它通过总路线及接口电路与C200HPC相连，与主CPU频繁交换信息;另一方面又通过I/O连接器接收外部开关量输入及输出脉冲。

位控单元根据PC发出的控制指令和接收到的。

外部输入信号，由自身的CPU执行具体的定位算法，并依执行的结果控制脉冲发生器输出脉冲数及频率。

位控单元减轻了主CPU的负担，它最终还是作为C200HPC的一个智能接口单元，占用相应的I/O地址。

七、PLC模块的配线图

图4挂板配线图

1）首先进行机械手的伸缩、升降、转盘和抓手的重启动和原点搜索;

2）机械手的伸缩臂向前，同时转盘顺时针旋转，一直分别运行到NC111模块positioningaction#0中设置的输出脉冲个数时停止;

3）机械手下降，一直到下降到NC111模块positioningaction#0中设置的输出脉冲个数时停止;

4）抓手电磁闸启动，抓手抓紧，抓起货物A;

5）机械手的升降进行原点搜索;

6）机械手的伸缩臂向后，同时转盘逆时针旋转，一直分别运行到NC111模块positioningaction#1中设置的输出脉冲个数时停止;

7）机械手下降，一直到下降到NC111模块positioningaction#1中设置的输出脉冲个数时停止;

8）抓手电磁闸再次启动，抓手放松，货物A放下;

9）再次对机械手的升降进行原点搜索;

10）机械手的伸缩臂、转盘进行原点搜索，全部复位。

八、PLC的设计程序（见附录二）

九、总结

PLC自动化控制被广泛应用于各种控制领域。

然而在不同的应用中，客户对控制的需求千差万别，在一些对控制系统资源要求较高、控制功能要求复杂的应用中，PLC一般能很好的满足实际生产的多方面需求。

所以学好PLC技术，并能够灵活地应用于各个领域，是我们今后从事PLC研究、开发和运用所必备的。

这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。

刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，大家有的绘制原理图，有的积极查询相关资料，有的编写程序，有的进行仿真实验，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。

在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。

团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。

十、参考文献

1、满永奎吴成东《通用变频器及其应用》机械工业出版社1995年8月

2、周奇才《自动化仓库主要运行参数的优化确定》，《上海铁道大学学报》1999（12）

3、张卫国《异步电机闭环无级控制定位原理在冷弯机组中的应用探讨》《控制与传动》.

课程设计

评语

课程设计

成绩

指导教师

（签字）

年月日

附录一：

系统整体动作流程图：

附录二：

PLC程序